JP2012031799A - 地熱発電プラントの熱効率解析方法及び性能評価方法並びに熱効率解析プログラム及び性能評価プログラム - Google Patents
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Abstract
【解決手段】地熱発電プラントを構成する機器の入出力及び作動流体の状態量の計測値を得て、状態量とプラント解析モデルとに基づいて熱効率解析を行い地熱発電プラントの熱効率及び各機器の性能値を求め、復水器について真空度と流入蒸気流量及び冷却水温度との関係式である復水器特性関数を作成し、(1)条件値を変化させた場合における復水器流入蒸気流量を熱物質収支解析により算出し、(2)復水器流入蒸気流量を用いて復水器特性関数より第1真空度を算出し、(3)第1真空度、条件値、及び前記性能値を用いて、熱物質収支解析を行って復水器冷却水温度を算出し、(4)復水器冷却水温度を用いて復水器特性関数より第2真空度を算出し、第1真空度及び第2真空度の値が等しくなるまで(1)〜(4)の計算を繰り返して収束を図る。
【選択図】図3
Description
図1に基づいて、本発明の実施形態に係る熱効率解析プログラムの解析対象となる地熱発電プラントの構成を説明する。
図示するように、地熱発電プラント1(以下、「プラント1」と記載する。)は、地熱流体を噴出する蒸気井2を有している。地熱流体は、水蒸気と非凝縮性ガス、熱水(液体)が混ざり合った二相流体であり、汽水分離器(図示せず)により水蒸気と熱水に分離される。熱水は還元井から地下に戻され、水蒸気はタービン3に供給される。タービン3に供給された水蒸気は、タービン3で膨張され、発電動力が得られる。タービン3には、同軸で発電機4が接続されており、タービン3の発電動力により発電機4が駆動され、発電が行われる。
本実施形態に係る熱効率解析プログラムは、このようなプラント1の構成、これを構成する各機器において実測した入出力に関する情報、及び各機器において実測した作動流体の状態量に基づいて、
(1)各機器の性能値を計算し、経年的な性能値の変化の傾向を解析する実測値基準解析(2)復水器の復水器特性関数を作成し、
(3)地熱発電プラントの熱効率に影響を与える要因毎に、復水器特性関数を用いた機器性能基準解析を行い、各要因の変化が熱効率に与える影響を評価する
という各機能をコンピュータに実現させるものである。
図2は、本実施形態に係る熱効率解析プログラムが実行されるコンピュータの概略構成図である。図示するように、コンピュータ30は、CPU31、RAM32、ROM33、記憶装置の一例であるハードディスク34、マウスやキーボード等の入力装置35、ディスプレイ、プリンタ等の出力装置36、外部の機器との接続インタフェース37、通信手段38が設けられている。
図3は、熱効率解析プログラムの各処理ステップを表すフロー図である。まず、熱効率解析プログラムは、地熱発電プラントのプラント解析モデルを作成する(ステップS1)。プラント解析モデルとは、各機器の熱物質収支及び特性を表す式を、各機器間の接続を表す接続情報に基づいて連立させたものである。
次に、熱効率解析プログラムは、プラント1の機器の入出力及び作動流体の状態量の計測値の入力を行う(ステップS2)。
このように実測して得た各機器の状態量と、プラント解析モデルとに基づいて、熱物質収支解析を行う(図3ステップS3)。実測した状態量を用いて熱物質収支解析を行うことを、本発明では実測値基準解析と称する。
次に、復水器特性関数を作成する(図3ステップS4)。これ以降の計算は性能評価プログラムが主体的に実行する。復水器特性関数とは、復水器5に流入する蒸気流量及び冷却塔より供給される冷却水温度と、復水器5の真空度との特性を表す関数をいう。
次に、プラント1の各要因の変化がプラント1の熱効率に及ぼす影響を、復水器特性関数を用いた機器性能基準解析により計算する(図3ステップS5)。
以上のステップで計算した結果、プラント1の熱効率、及び当該熱効率に対して各要因が及ぼす影響(図8参照)を出力装置36に出力する(図3ステップS6)。
以上に説明した地熱発電プラントの熱効率解析プログラムでは、実測した状態量とプラント解析モデルに基づいて実測値基準解析を行うことにより、各機器の性能値や熱効率を経年的に計算することができる。
なお、上述したように、コンピュータ30で地熱発電プラントの熱効率解析プログラムを実行させる場合に限らず、以下のステップを実行することによっても同様の効果を得ることができる。すなわち、図9に示すように、プラント1を構成する各機器の入出力及び作動流体の状態量の計測値を得る(ステップS20)。また、プラント解析モデルの作成を行う(ステップS21)。次に、これらの状態量、プラント解析モデルに基づいて実測値基準解析を行って各機器の性能値及びプラント1の熱効率を得る(ステップS22)。次に、復水器特性関数の作成を行い(ステップS23)、該復水器特性関数と、計測した状態量と、各機器の性能値と、プラント解析モデルとに基づいて機器性能基準解析を行って(ステップS24)、プラント1の熱効率に対する各要因の変化の影響を得る。このようにして得られた結果から、どの機器について補修をすれば全体の熱効率が向上するかを評価することができる。
[機器性能関数の作成]
実施形態1においては、実測値基準解析を実施して得られた結果を用いて、復水器特性関数を作成し、機器性能基準解析を行ったが、実測値基準解析で得られた結果を標準条件における値に換算してもよい。
次に、機器性能関数を用いて標準条件における性能値の換算を行う。すなわち、状態量のうち、任意の値を標準条件として設定し、その標準条件における各機器の性能値を機器性能関数から求める。すなわち、各機器の機器性能関数に標準条件の値を入力することで、標準条件における性能値が得られる。この標準条件における性能値を換算値と称する。
2 蒸気井
3 タービン
4 発電機
5 復水器
6 冷却塔
7 ガス抽出装置
30 コンピュータ
31 CPU
32 RAM
33 ROM
34 ハードディスク
35 入力装置
36 出力装置
37 接続インタフェース
38 通信手段
Claims (8)
- 地熱発電プラントを構成する機器の入出力及び作動流体の状態量の計測値を得て、
各機器の熱物質収支及び特性を表す式を各機器間の接続を表す接続情報に基づいて連立させたプラント解析モデルを作成し、
前記プラント解析モデルに前記計測値を入力して、当該計測値を得た計測時ごとの実測値基準の熱物質収支解析を行い地熱発電プラントの熱効率及び各機器の性能値を求め、
前記性能値より地熱発電プラントを構成する機器の一つである復水器について真空度と流入蒸気流量及び冷却水温度との関係式である復水器特性関数を作成し、
(1)前記計測値、前記性能値の内、任意の項目(条件値)を変化させた場合における復水器流入蒸気流量を地熱発電プラントの熱物質収支解析により算出し、
(2)得られた復水器流入蒸気流量を用いて前記復水器特性関数より第1真空度を算出し、
(3)得られた第1真空度、前記条件値、及び前記性能値を用いて、地地熱発電プラントの熱物質収支解析を行って復水器冷却水温度を算出し、
(4)得られた復水器冷却水温度を用いて前記復水器特性関数より第2真空度を算出し、
前記第1真空度及び前記第2真空度の値が等しくなるまで(1)〜(4)の計算を繰り返して収束を図る
ことを特徴とする地熱発電プラントの熱効率解析方法。 - 基準時点及び評価時点を定め、
基準時点における請求項1に記載する地熱発電プラントの熱効率解析方法を行うとともに、
一の要因にのみ評価時点の状態量および機器性能値を設定して
他の要因には基準時点の状態量および機器性能値を設定した請求項1に記載する地熱発電プラントの熱効率解析方法を行い、
これら二つの解析結果を比較することで、基準時点から評価時点までの間で、一の要因の変化がプラント熱効率に与えた影響を定量的に評価する
ことを特徴とする地熱発電プラントの性能評価方法。 - 請求項2に記載する地熱発電プラントの性能評価方法において、
複数の要因それぞれについて順次、前記性能評価方法を適用することで、プラント熱効率低下の要因毎の影響量を定量的に明らかにする
ことを特徴とする地熱発電プラントの性能評価方法。 - 請求項2又は請求項3に記載する地熱発電プラントの性能評価方法において、
計測時ごとに得られた前記実測値基準の熱効率解析結果に基づいて、任意の状態量と各機器の性能値との関係を表す機器性能関数を機器ごとに作成し、
機器性能関数の独立変数である前記状態量に標準条件を設定し、前記計測値を機器性能関数の標準条件における値に換算して換算値を求め、
前記入出力又は前記状態量が変化することによる影響を排除した地熱発電プラントの熱効率及び地熱発電プラントを構成する機器の性能の変化傾向を把握する
ことを特徴とする地熱発電プラントの性能評価方法。 - コンピュータに、
発電プラントを構成する機器の入出力及び作動流体の状態量の計測値を入力する機能と、
各機器の熱物質収支及び特性を表す式を各機器間の接続を表す接続情報に基づいて連立させたプラント解析モデルを作成する機能と、
前記プラント解析モデルに前記計測値を入力して、当該計測値を得た計測時ごとの実測値基準の熱物質収支解析を行い発電プラントの熱効率及び各機器の性能値を求める機能と、
前記性能値より地熱発電プラントを構成する機器の一つである復水器について真空度と流入蒸気流量及び冷却水温度との関係式である復水器特性関数を前記プラント解析モデルに組み込む機能と、
(1)前記計測値、前記性能値の内、任意の項目(条件値)を変化させた場合における復水器流入蒸気流量を地熱発電プラントの熱物質収支解析により算出し、
(2)得られた復水器流入蒸気流量を用いて前記復水器特性関数より第1真空度を算出し、
(3)得られた第1真空度、前記条件値、及び前記性能値を用いて、地熱発電プラントの熱物質収支解析を行って復水器冷却水温度を算出し、
(4)得られた復水器冷却水温度を用いて前記復水器特性関数より第2真空度を算出し、
前記第1真空度及び前記第2真空度の値が等しくなるまで(1)〜(4)の計算を繰り返して収束を図る機能とを実現させる
ことを特徴とする地熱発電プラントの熱効率解析プログラム。 - コンピュータに、
基準時点及び評価時点を定め、
基準時点における請求項5に記載する地熱発電プラントの熱効率解析プログラムを実行するとともに、
一の要因にのみ評価時点の状態量および機器性能値を設定して
他の要因には基準時点の状態量および機器性能値を設定した請求項5に記載する地熱発電プラントの熱効率解析プログラムを実行し、
これら二つの解析結果を比較することで、基準時点から評価時点までの間で、一の要因の変化がプラント熱効率に与えた影響を定量的に評価する機能を実現させる
ことを特徴とする地熱発電プラントの性能評価プログラム。 - 請求項6に記載する地熱発電プラントの性能評価プログラムにおいて、
複数の要因それぞれについて順次、前記性能評価方法を適用することで、プラント熱効率低下の要因毎の影響量を定量的に明らかにする機能を備える
ことを特徴とする地熱発電プラントの性能評価プログラム。 - 請求項6又は請求項7に記載する地熱発電プラントの性能評価プログラムにおいて、
計測時ごとに得られた前記実測値基準の熱効率解析結果に基づいて、任意の状態量と各機器の性能値との関係を表す機器性能関数を機器ごとに作成し、
機器性能関数の独立変数である前記状態量に標準条件を設定し、前記計測値を機器性能関数の標準条件における値に換算して換算値を求め、
前記入出力又は前記状態量が変化することによる影響を排除した地熱発電プラントの熱効率及び地熱発電プラントを構成する機器の性能の変化傾向を把握する
ことを特徴とする地熱発電プラントの性能評価プログラム。
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